DNA损伤修复的“最后一招”

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    [生物通讯]每天两万次－－这就是我们机体每个细胞内基因维持的平均损伤次数。这些损伤可能引起的无数基因突变是如何避免的？在一项发表在10月期《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上的研究中，Weizmann研究院的研究人员证明了细胞内存在一个纠正这种损伤的生死攸关的DNA修复机制，并证明这个修复机制负责了约85％所谓的DNA“最后一招”修复。

    基因可以因多种因素损伤，如紫外线照射、吸烟、或某些类型的病毒等。这样的损伤如果不加以修复就会引起基因突变，导致疾病。遗传修复的“第一招”绝大多数情况下是指一个根据“绝对或者零”的原理来工作的DNA损伤修复机制：当无法精确纠正DNA损伤时，这个机制就干脆罢手，让损伤产生更有害的影响－－引起细胞死亡。

    幸运的是，大自然还为细胞提供了另一套可供选择的机制，当第一招“绝对或者零”的修复机制失败时，才会轮到“最后一招”修复机制出手。“最后一招”有两个系统，一个是不准确的－－它的修复允许有相对少量的突变存在。虽然这会造成一定的风险，但它确保了细胞能够继续生存。同样重要的是，这个不准确修复机制还丰富了遗传多样性，使进化的驱动力－－自然选择，能够开动。

    而另外一个“最有一招”修复系统是科学家在20世纪60年代提出的假说，但直到今天的这篇研究才得以证实。这个系统依赖于姊妹染色体的帮助，使得细胞可以在不产生突变风险的情况下修复遗传损伤。“在细胞分裂过程中，每个染色体－－含有DNA的遗传信息载体都会产生两条完全一样的姊妹染色单体，两条姊妹单体分别移动到分裂细胞产生的两个子细胞中）。

    根据这个理论，如果一条姊妹染色单体受损，另外一条就起到备份系统的作用。受损的遗传信息可通过另一条完全一样的姊妹染色单体上对应的DNA片段得到精确修复。这个对应的DNA片段会离开完好的姊妹染色单体，移动到缺陷染色单体上，帮助修复这个损伤。而供体染色单体上产生的缺口则由该片段保留在原染色单体上一条完好的DNA链（DNA包含两条匹配的单链）进行复制，重新填满。最终两条染色体都有了一个完整的、没有损伤的遗传片段。

    在这项新研究中，Weizmann 科学研究院生物化学系的主任Zvi Livneh博士首次观察到这个修复机制是如何运行的。不仅如此，Livneh和由他的两名研究生Ala Berdichevsky 和 Lior Izhar组成的研究小组还证明，这个根据姊妹染色体对应的遗传信息进行修复的机制实际上异乎寻常的普遍：它负责了85％的DNA最后修复－－即当主要的“绝对或者零”修复机制失败时所运作的另一套修复系统。而第二个“最后修复系统”－－即相对而言不太准确、允许有突变产生的修复机制只负责15％的DNA损伤修复。

    这样的修复机制在大肠杆菌中发现的，它在整个进化过程中保存得很好，这暗示这个修复机制的变体很可能也存在于包括人类在内的更高级生物中。这项新发现因而为研究人类疾病、促进基因疗法提供了重要的新线索。另外，这项研究还有助于解决细菌日益增加的对抗生素产生抵抗力的难题，因为正是遗传损伤修复产生的快速基因突变赋予细菌对抗生素的抵抗力。

消息来源：Weizmann研究院

生物通编译自BIO.COM